城市化进程与地球物理学研究
染破坏生态环境、危害人类健康，地下环境污染直接受控于地下水的分布，同时受控于近地表地质结构。对地下水的分布及其浸染走向的研究是防止和治理地下环境污染的重要依据。
城市地球物理学研究方法主要依靠观测技术、数据处理技术以及综合评价系统。观测是地球物理学研究得天独厚的手段，数字地震台阵、地球信息系统、INSAR计划、浅层地球物理观测在地学研究领域发挥了重要的作用。地球物理观测数据起到了透视地下的作用，是实现地下结构定量化与可视化研究的基本条件。针对城市问题的地球物理观测，需要在提高仪器动态范围的基础上获得高分辨率的数据，需要研究城市特定环境下的观测方式。认识浅层介质的复杂性以及地球物理数据的特殊性是研究城市各类问题数据处理方法的出发点。数据处理方法研究应该从基础研究出发，研究地震波场、电磁场、重力场分布规律以获得清晰的三维地下图像。保证足够的信息量是对城市问题做出准确评价与预测的基础，综合性研究在评价和预测中至关重要。地球物理学中各类方法的优化与组合以及与地学研究领域中其他学科的交叉，包括与非地学研究领域相关学科的交叉是开展城市地球物理评价与预测研究的主要方向。
5 城市地球物理现阶段主要研究内容
(1)城市条件下地球物理观测方法研究。城市条件下的地球物理观测比常规野外条件下的观测表现出更多的复杂性。需要在已知的典型地下结构的条件下进行足够多的观测方法实验，针对“源”的问题，研究电磁波与弹性波的聚束发射，研究综合方法的同时观测技术以及时移观测技术，并根据已知条件进行数值模拟计算，对比观测数据与理论数据的差别，分别城市条件下观测噪声与干扰的特殊性，发现规律性，为实际的工业性调查提供指导性方案。
(2)城市介质地球物理正演算法研究。城市地下介质除受到地质构造运动外，更多地受到人为因素的改造，演变成为难以保存其原生地质痕迹的、极其复杂的地下介质。其地球物理响应与以往的地球物理观测必将表现出极大的差异。因此，必须以城市地下条件的特殊性为介质模型，研究地球物理正演计算方法，认识城市介质条件下观测数据的基本性质和形成规律。
(3)城市地球物理数据处理方法研究。城市地球物理需要采用非常规观测方式，其观测数据包含了大量意想不到的噪声。认识噪声的特征和有效地消除噪声，保护观测数据的分辨率是数据处理的关键问题。针对时移观测数据研究四维数据处理方法。在信号分析与数字处理方法研究中，需要充分吸收现代数字信号技术，开展适用于城市特定问题的处理方法研究，为综合评价提供准确数据。
(4)城市介质三维可视化研究。城市地下介质覆盖在水泥路面、绿地和建筑物之下。传统的钻井或探槽式观察方法在现代化城市中即落后又不适用。这项研究通过对观测数据的有效反演对城市地下介质实现三维空间可视化描述，提供三维精细成像结果。对典型问题开展有针对性的反演算法研究，为三维精细成像和可视化描述以及综合评价提供有效资料。
6 城市地球物理研究需要社会关注
城市地球物理研究如何落实与如何发展是一个非常重要的问题。大专院校和研究机构应该进行必要的学科调整，实现资源共享和优势互补，应该积极参与城市地球物理研究相关工程项目，在学科之间进行经常性交流。工业、商业与企业部门应该面向用户，以市场为导向，为城市地球物理技术的研究提供场所和经济支撑，同时有必要参与各种研究活动，各学术团体应该相互配合，设立城市地球物理专业委员会，在学术刊物上开辟专栏广泛宣传城市地球物理研究的科研成果，各专业学会之间也应进行广泛交流。政府部门应该做出具体计划，以便各职能管理部门统筹安排，实现资源的合理分配与协调，要选择典型城市和典型项目作为依托，开展研究工作，在基础研究方面需要得到自然科学基金和国家相关部门的支持。
应该充分估计到地球物理各种方法在目前技术条件下的难点，要通过研究地球物理新方法、新技术提出新的认识、加强科技创新尤其是原始性创新。要集中精力利用地球物理数据编制城市地下三维结构的图像，当前城市地球物理研究的主题是“城市三维地图(3-D Imaging of Urban Underground)”（注：国家自然科学基金委员会.中国内地—香港城市地球物理战略研讨会，香港大学.2001.）。
7 城市地球物理研究的技术支撑条件
近20年来，地理信息系统技术的出现，乃至空间数据基础的建设和“数字地球”战略的提出，使得获取地球信息的手段达到了前所未有的高度，不仅使全球的制图和动态性制图成为可能，而且在环境监测、灾害预警预报、区域与城市规划等方面也发挥着极为重要的作用。21世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模似以及数字化的地球
圈层相互作用研究是地球科学20世纪90年代以来的全新发展方向，方兴未艾。这些研究将导致交叉学科、综合学科的兴起与发展，形成整体性的地球系统科学。地球及其各圈层是一个整体。一些地球科学问题固然有区域性的一面，但这种区域性是寓于全球性之中的。在一定意义上，只有更好地了解全球才能更好地了解区域。同时，区域也是全球的窗口，区域性是通向全球性的大门。地球科学方面的“全球变化及其区域响应”研究计划，则为城市问题的研究提供了广泛的科学基础。
8 结语
地球不仅在自然力作用下发生变化，而且人类活动作为地球上有关过程的一种作用力将进一步得到深入研究。21世纪将从人—地关系的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境的协调发展提供科学理论基础，使人居环境得到最大限度地改善，同时又要保持地球的“健康”演化。在新千年和新世纪来临之际，地学界应该重新考虑地学发展的方向和重点，使地学研究在人类社会发展中体现出自身的价值。在新世纪，地学在应用研究领域所面临的主要任务是合理地利用地球资源，帮助工业界解决难题，改善地球的可居住性。为此，作为地学领域主要学科之一的地球物理学应该做出应有的贡献。
收稿日期：2002-01-08；修回日期：2002-05-23．
【参考文献】
[1] United Nations.World Demographic Estimates and Projections(1950-2025)[M].New York:Press of United Nations,1990.
[2] National Statitics Bureau of China.50 Years of city dreams[N].China Daily,National Day Special:50th Anniversary,1999-10-01(1).［国家统计局.50年的城市梦[N].中国日报国庆50周年专刊，1999-10-01(1).］
[3] Zhou Ganzhi.Urban area-a typical open complicated macrosystem[A].In:Song Jian,ed.Proceeding of workgroup on Qian Xuesen's Contribution and Academic Ideas[C].Beijing:China Science and Technology Press,2001.［周干峙.城市及其地区——一个典型的开放的复杂巨系统[A].见：宋健主编.钱学森的科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C].北京：中国科学技术出版社，2001.］
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＠①原字为禺加页
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城市地球物理学研究方法主要依靠观测技术、数据处理技术以及综合评价系统。观测是地球物理学研究得天独厚的手段，数字地震台阵、地球信息系统、INSAR计划、浅层地球物理观测在地学研究领域发挥了重要的作用。地球物理观测数据起到了透视地下的作用，是实现地下结构定量化与可视化研究的基本条件。针对城市问题的地球物理观测，需要在提高仪器动态范围的基础上获得高分辨率的数据，需要研究城市特定环境下的观测方式。认识浅层介质的复杂性以及地球物理数据的特殊性是研究城市各类问题数据处理方法的出发点。数据处理方法研究应该从基础研究出发，研究地震波场、电磁场、重力场分布规律以获得清晰的三维地下图像。保证足够的信息量是对城市问题做出准确评价与预测的基础，综合性研究在评价和预测中至关重要。地球物理学中各类方法的优化与组合以及与地学研究领域中其他学科的交叉，包括与非地学研究领域相关学科的交叉是开展城市地球物理评价与预测研究的主要方向。
5 城市地球物理现阶段主要研究内容
(1)城市条件下地球物理观测方法研究。城市条件下的地球物理观测比常规野外条件下的观测表现出更多的复杂性。需要在已知的典型地下结构的条件下进行足够多的观测方法实验，针对“源”的问题，研究电磁波与弹性波的聚束发射，研究综合方法的同时观测技术以及时移观测技术，并根据已知条件进行数值模拟计算，对比观测数据与理论数据的差别，分别城市条件下观测噪声与干扰的特殊性，发现规律性，为实际的工业性调查提供指导性方案。
(2)城市介质地球物理正演算法研究。城市地下介质除受到地质构造运动外，更多地受到人为因素的改造，演变成为难以保存其原生地质痕迹的、极其复杂的地下介质。其地球物理响应与以往的地球物理观测必将表现出极大的差异。因此，必须以城市地下条件的特殊性为介质模型，研究地球物理正演计算方法，认识城市介质条件下观测数据的基本性质和形成规律。
(3)城市地球物理数据处理方法研究。城市地球物理需要采用非常规观测方式，其观测数据包含了大量意想不到的噪声。认识噪声的特征和有效地消除噪声，保护观测数据的分辨率是数据处理的关键问题。针对时移观测数据研究四维数据处理方法。在信号分析与数字处理方法研究中，需要充分吸收现代数字信号技术，开展适用于城市特定问题的处理方法研究，为综合评价提供准确数据。
(4)城市介质三维可视化研究。城市地下介质覆盖在水泥路面、绿地和建筑物之下。传统的钻井或探槽式观察方法在现代化城市中即落后又不适用。这项研究通过对观测数据的有效反演对城市地下介质实现三维空间可视化描述，提供三维精细成像结果。对典型问题开展有针对性的反演算法研究，为三维精细成像和可视化描述以及综合评价提供有效资料。
6 城市地球物理研究需要社会关注
城市地球物理研究如何落实与如何发展是一个非常重要的问题。大专院校和研究机构应该进行必要的学科调整，实现资源共享和优势互补，应该积极参与城市地球物理研究相关工程项目，在学科之间进行经常性交流。工业、商业与企业部门应该面向用户，以市场为导向，为城市地球物理技术的研究提供场所和经济支撑，同时有必要参与各种研究活动，各学术团体应该相互配合，设立城市地球物理专业委员会，在学术刊物上开辟专栏广泛宣传城市地球物理研究的科研成果，各专业学会之间也应进行广泛交流。政府部门应该做出具体计划，以便各职能管理部门统筹安排，实现资源的合理分配与协调，要选择典型城市和典型项目作为依托，开展研究工作，在基础研究方面需要得到自然科学基金和国家相关部门的支持。
应该充分估计到地球物理各种方法在目前技术条件下的难点，要通过研究地球物理新方法、新技术提出新的认识、加强科技创新尤其是原始性创新。要集中精力利用地球物理数据编制城市地下三维结构的图像，当前城市地球物理研究的主题是“城市三维地图(3-D Imaging of Urban Underground)”（注：国家自然科学基金委员会.中国内地—香港城市地球物理战略研讨会，香港大学.2001.）。
7 城市地球物理研究的技术支撑条件
近20年来，地理信息系统技术的出现，乃至空间数据基础的建设和“数字地球”战略的提出，使得获取地球信息的手段达到了前所未有的高度，不仅使全球的制图和动态性制图成为可能，而且在环境监测、灾害预警预报、区域与城市规划等方面也发挥着极为重要的作用。21世纪将广泛采用高分辨率的观测系统（地面、海洋和空间对地观测）、高灵敏度和高准确度的分析测试系统（包括微粒、微量、纳米级和超微量）、不同条件下的实验模拟系统、建立在动力学及高性能计算基础上的数值模似以及数字化的地球
信息系统，此外，现代化的观测技术与设施也将成为开展城市地球物理研究必要的支撑条件。
圈层相互作用研究是地球科学20世纪90年代以来的全新发展方向，方兴未艾。这些研究将导致交叉学科、综合学科的兴起与发展，形成整体性的地球系统科学。地球及其各圈层是一个整体。一些地球科学问题固然有区域性的一面，但这种区域性是寓于全球性之中的。在一定意义上，只有更好地了解全球才能更好地了解区域。同时，区域也是全球的窗口，区域性是通向全球性的大门。地球科学方面的“全球变化及其区域响应”研究计划，则为城市问题的研究提供了广泛的科学基础。
8 结语
地球不仅在自然力作用下发生变化，而且人类活动作为地球上有关过程的一种作用力将进一步得到深入研究。21世纪将从人—地关系的角度审视环境的变化，为人类社会与自然环境的协调发展提供科学理论基础，使人居环境得到最大限度地改善，同时又要保持地球的“健康”演化。在新千年和新世纪来临之际，地学界应该重新考虑地学发展的方向和重点，使地学研究在人类社会发展中体现出自身的价值。在新世纪，地学在应用研究领域所面临的主要任务是合理地利用地球资源，帮助工业界解决难题，改善地球的可居住性。为此，作为地学领域主要学科之一的地球物理学应该做出应有的贡献。
收稿日期：2002-01-08；修回日期：2002-05-23．
【参考文献】
[1] United Nations.World Demographic Estimates and Projections(1950-2025)[M].New York:Press of United Nations,1990.
[2] National Statitics Bureau of China.50 Years of city dreams[N].China Daily,National Day Special:50th Anniversary,1999-10-01(1).［国家统计局.50年的城市梦[N].中国日报国庆50周年专刊，1999-10-01(1).］
[3] Zhou Ganzhi.Urban area-a typical open complicated macrosystem[A].In:Song Jian,ed.Proceeding of workgroup on Qian Xuesen's Contribution and Academic Ideas[C].Beijing:China Science and Technology Press,2001.［周干峙.城市及其地区——一个典型的开放的复杂巨系统[A].见：宋健主编.钱学森的科学贡献暨学术思想研讨会论文集[C].北京：中国科学技术出版社，2001.］
字库未存字注释：
＠①原字为禺加页
《城市化进程与地球物理学研究》
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